PCI9052總線(xiàn)接口芯片及其ISA模式應(yīng)用

1　引　言

pci（peripheral component interconnect）總線(xiàn)，即外圍部件互連總線(xiàn)，是一種先進(jìn)的高性能32／64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用局部總線(xiàn)。pci總線(xiàn)與處理器和時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，可以提供高達(dá)132mb／s的數(shù)據(jù)傳送速率；它具有嚴(yán)格的規(guī)范，只要符合pci規(guī)范的擴(kuò)展卡插入任何pci系統(tǒng)就能可靠地工作。但由于pci總線(xiàn)協(xié)議的復(fù)雜性，其接口的實(shí)現(xiàn)比vesa、isa和mca等總線(xiàn)要困難得多。

目前，開(kāi)發(fā)pci接口設(shè)備有兩種方法：一種方法是采用可編程邏輯芯片，它的最大好處是比較靈活，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要開(kāi)發(fā)出適合于特定功能的芯片，而不必實(shí)現(xiàn)pci的全部功能?，F(xiàn)在有許多生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠(chǎng)商，如xilinx的logicore和altera的ampp都提供經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試的pci接口功能模塊，用戶(hù)只要進(jìn)行組合設(shè)計(jì)即可。另一種常用的方法是使用專(zhuān)用接口器件，通過(guò)專(zhuān)用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的pci主控模塊和目標(biāo)模塊的功能，將復(fù)雜的pci總線(xiàn)接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡(jiǎn)單的用戶(hù)接口，用戶(hù)只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線(xiàn)接口即可。

專(zhuān)用接口芯片具有較低的成本和通用性，能夠有效降低接口設(shè)計(jì)的難度，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。現(xiàn)有的pci接口芯片主要有amcc公司的amccs59xx系列和plx公司的pci90xx系列。在plx系列產(chǎn)品中，pci9052是一款常用的pci總線(xiàn)目標(biāo)接口芯片，該芯片最大的特色是帶有一個(gè)isa接口，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)isa總線(xiàn)到pci總線(xiàn)的無(wú)縫連接，這為目前仍存在的isa插件移植到pci提供了極大的方便。

利用pci9052的isa模式進(jìn)行pci的開(kāi)發(fā)可以簡(jiǎn)化設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程，但難度還是較大。設(shè)計(jì)者不僅要理解掌握手冊(cè)中的要點(diǎn)，還要學(xué)習(xí)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程。為了讓大家能夠系統(tǒng)地了解利用pci9052的isa模式進(jìn)行pci板卡開(kāi)發(fā)的過(guò)程和方法，本文從硬件設(shè)計(jì)、配置寄存器的編寫(xiě)、板卡調(diào)試和驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)等方面介紹了pci9052的開(kāi)發(fā)過(guò)程。2　pci9052的isa接口模式

2．1　基本特點(diǎn)

pci9052是plx公司繼pci9050之后推出的低成本pci總線(xiàn)接口芯片，它符合pci2．1規(guī)范，可作為pci總線(xiàn)目標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)基本的傳送要求；它有5個(gè)局部地址空間和4個(gè)局部設(shè)備片選信號(hào)，局部總線(xiàn)與pci總線(xiàn)時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行。通過(guò)配置eeprom的內(nèi)容可以將pci9052設(shè)定為isa接口模式，通過(guò)8位或16位內(nèi)存或i／o映射可直接使pci總線(xiàn)與isa總線(xiàn)相連，從而將isa總線(xiàn)快速地轉(zhuǎn)換到pci總線(xiàn)上。

在我們的數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)中，原來(lái)的通信控制模塊是基于isa總線(xiàn)的插件，端口地址為0x100～0x10f，總線(xiàn)寬度是16位，可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出，有中斷功能?，F(xiàn)在，我們利用pci9052芯片的isa模式對(duì)原來(lái)的板卡進(jìn)行升級(jí)改造，使原來(lái)的板卡在做少量改動(dòng)的情況下可以插在pci總線(xiàn)插槽中正常工作。

2．2　引腳介紹及連接

在不同的模式下，pci9052的部分引腳有不同的定義和功能。工作在isa模式下，其主要引腳如圖1所示。

pci9052硬件連接正確與否直接關(guān)系到芯片能否正常工作，某些引腳處理不當(dāng)往往會(huì)引起芯片工作不正?；蛩罊C(jī)。在圖1中，9052左上方的信號(hào)和pci信號(hào)相連，左下方信號(hào)和串行eeprom相連，右邊的信號(hào)和局部總線(xiàn)信號(hào)相連，也就是和isa總線(xiàn)信號(hào)相連。

pci端主要信號(hào)完全符合pci規(guī)范要求，直接和pci總線(xiàn)上對(duì)應(yīng)的引腳相連即可。 isa端連接如下：

在我們的板卡中由于只涉及到i／o，且為16位寬的數(shù)據(jù)，因此，memwr＃、memrd＃、sbhe＃和bale信號(hào)可以不用。

lad〔15：0〕是16位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。la〔23：2〕和isaa〔1：0〕共同組成isa的地址總線(xiàn)，對(duì)于8位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，isaa〔1：0〕相當(dāng)于la〔1：0〕，它們一起進(jìn)行地址譯碼。而對(duì)于16位的數(shù)據(jù)線(xiàn)，每次讀寫(xiě)兩個(gè)字節(jié)，這時(shí)isaa〔0〕不用，isaa〔1〕和la〔23：2〕一起進(jìn)行地址譯碼。需要注意的是，并不是所有的地址線(xiàn)都要進(jìn)行地址譯碼，這里要根據(jù)板卡上實(shí)際i／o口空間的大小選擇譯碼地址線(xiàn)的數(shù)目。對(duì)于我們的板卡，la〔3：2〕和isaa〔1〕地址譯碼是必需的（isaa〔1〕為低位），當(dāng)然，所有的地址線(xiàn)都參加地址譯碼也是可以的。

iowr＃和iowd＃是局部端口讀寫(xiě)信號(hào)。lclk是isa端時(shí)鐘信號(hào)，按芯片要求外接8mhz的時(shí)鐘。lreset＃是9052芯片上電時(shí)pci端復(fù)位后所發(fā)出的對(duì)isa端進(jìn)行復(fù)位的信號(hào)。在isa模式下，該信號(hào)輸出高有效。

linti1和linti2是局部總線(xiàn)中斷輸入信號(hào)，這里，我們只用到linti1信號(hào)，由于9052內(nèi)部沒(méi)有對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行上拉或下拉處理，因此，在外部將linti2上拉或下拉到一個(gè)確定的狀態(tài)。

nows＃是無(wú)等待標(biāo)志信號(hào)，此引腳上拉或接地可以減少等待的時(shí)鐘數(shù)。lrdy＃是局部準(zhǔn)備就緒信號(hào)，如果局部芯片沒(méi)有提供該信號(hào)，一般對(duì)它進(jìn)行下拉或接地處理。chrdy是局部通道準(zhǔn)備好信號(hào)，一般要進(jìn)行上拉處理。lhold是局部總線(xiàn)請(qǐng)求信號(hào)，應(yīng)該進(jìn)行下拉或接地處理。mode是模式選擇信號(hào)，由于我們使用的是isa非復(fù)用模式，因此該引腳接地。

在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，要嚴(yán)格遵循pci規(guī)范。電源和地線(xiàn)要盡可能寬且電源濾波要良好，在芯片的每個(gè)電源引腳最好接0．1μf的濾波電容。由于pci時(shí)鐘信號(hào)的一半要靠反射波來(lái)提升，因此，時(shí)鐘信號(hào)clk走線(xiàn)長(zhǎng)度近似為2500mil。prstn1和prstn2兩者必須有一個(gè)接地，主板就是靠這兩個(gè)信號(hào)來(lái)判斷這個(gè)插槽上是否有卡的。用作上拉或下拉的電阻一般取值2．2 k歐姆即可。一般來(lái)說(shuō)，pci板卡推薦做4層板，其實(shí)只要布線(xiàn)合理做兩層板也是可以的。

串行eeprom端信號(hào)有以下幾種：時(shí)鐘信號(hào)（eeck）、讀數(shù)據(jù)信號(hào)（eedo）、寫(xiě)數(shù)據(jù)信號(hào)（eedi）和片選信號(hào)（eesc），分別和eeprom相應(yīng)管腳相連即可。

2．3　串行eeprom的配置

與isa總線(xiàn)相比，pci總線(xiàn)支持三個(gè)物理空間：存儲(chǔ)器地址空間、i／o地址空間和配置空間。配置空間是pci所特有的一個(gè)空間，所有的pci設(shè)備必須提供配置空間。串行eeprom存儲(chǔ)了pci9052重要的配置信息，如設(shè)備號(hào)did、制造商號(hào)vid、子設(shè)備號(hào)sdid、子制造商號(hào)svid、中斷號(hào)、設(shè)備類(lèi)型號(hào)、局部空間基地址、局部空間描述符、片選響應(yīng)以及局部響應(yīng)控制cntrl等信號(hào)。eeprom的內(nèi)容非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)板卡能否正常工作，在設(shè)計(jì)時(shí)要非常注意。

系統(tǒng)加電時(shí)，通過(guò)pci的rst復(fù)位以后，pci9052首先檢測(cè)eeprom是否存在。如果檢測(cè)到eeprom首字不是ffffh，pci9052將依次讀取eeprom的內(nèi)容來(lái)初始化內(nèi)部寄存器。pcibios根據(jù)配置寄存器的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)資源分配，這樣，整個(gè)pci設(shè)備的資源才不會(huì)發(fā)生沖突，從而實(shí)現(xiàn)了pci總線(xiàn)的即插即用的特性。

pci9052的內(nèi)部寄存器為總線(xiàn)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了最大的靈活性，這些寄存器可以分為兩類(lèi)：pci配置寄存器和局部配置寄存器。pci配置寄存器有6個(gè)基地址寄存器，這些基地址是在系統(tǒng)中的物理地址。其中，基地址0和基地址1分別是以?xún)?nèi)存方式和i／o方式訪(fǎng)問(wèn)局部配置寄存器的基地址，基地址2和基地址3分別映射到局部基地址0和局部基地址1。局部總線(xiàn)配置寄存器用于設(shè)定局部總線(xiàn)的工作方式，如基地址和地址范圍等。實(shí)際上，9052在pci和isa總線(xiàn)之間起到一個(gè)翻譯作用，要訪(fǎng)問(wèn)isa端地址只需對(duì)pci端基地址進(jìn)行操作就可以了。對(duì)于我們的設(shè)計(jì)，eeprom的值及裝入順序如表1所示。

表1中，did和vid是plx公司的標(biāo)志，一般不能更改。操作系統(tǒng)就是通過(guò)did、vid、sdid、svid及設(shè)備類(lèi)型碼來(lái)識(shí)別不同廠(chǎng)家的設(shè)備的。

在isa模式下，局部空間1必須映射為i／o空間，局部空間0必須映射為內(nèi)存空間。另外要注意：在isa模式下雖然不存在片選信號(hào)，但我們必須設(shè)置它，使它的值和局部空間1的基地址和范圍相匹配，否則，局部地址空間無(wú)法響應(yīng)pci的控制指令。同樣，如果用到局部地址空間0，也要設(shè)置它的值。

對(duì)于pci9052芯片，它的配置寄存器的內(nèi)容是在芯片復(fù)位時(shí)通過(guò)串行eeprom加載的。在isa模式下，串行eeprom一定不能省略，我們一般使用松下公司的nm93cs46或與之兼容的存儲(chǔ)器。配置寄存器的內(nèi)容編寫(xiě)完以后，可以用編程器寫(xiě)入eeprom中。另外，也可以通過(guò)主機(jī)在線(xiàn)燒寫(xiě)，但由于各種原因，成功率很低。3　板卡調(diào)試

板卡做好以后，就可以插入主機(jī)板的pci插槽中進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試的過(guò)程中，為了跟蹤信號(hào)的變化通常要用到數(shù)字示波器，另外，還需要一個(gè)軟件調(diào)試工具。plx公司提供了一個(gè)905x的專(zhuān)用調(diào)試軟件plxmon，我們可以從它的網(wǎng)站免費(fèi)下載。plxmon包括以下功能：pci總線(xiàn)的探測(cè)與選擇；配置寄存器的檢查和修改；內(nèi)存空間的顯示、修改和填充；eeprom內(nèi)容的讀寫(xiě)等。利用這個(gè)工具，我們可以很清楚地看到eeprom的內(nèi)容以及pci配置寄存器和局部端配置寄存器的內(nèi)容，另外，用戶(hù)還可以進(jìn)行內(nèi)存和i／o端口的讀寫(xiě)。

此外，我們也可以用windriver或softice軟件進(jìn)行板卡調(diào)試，但總的來(lái)說(shuō)，使用起來(lái)都不如plxmon方便。有了開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)者就可以根據(jù)板卡的具體要求進(jìn)行調(diào)試了。

4　驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)

板卡調(diào)試成功以后就可以編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序了。目前，編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序最常用的工具是vtoolsd和windriver，它們都是專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具。尤其是windriver，開(kāi)發(fā)人員不需要掌握windows驅(qū)動(dòng)編程的知識(shí)，利用它的向?qū)Чぞ?，能很快地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)程序。

在windows9x環(huán)境下，操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理硬件資源，出于安全性考慮，ring3層應(yīng)用程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)硬件（i／o端口訪(fǎng)問(wèn)除外），因此，必須編寫(xiě)運(yùn)行在ring0層的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（vxd）來(lái)響應(yīng)系統(tǒng)底層的中斷。如果板卡只有i／o操作，而沒(méi)有用到中斷和內(nèi)存操作，可以不用編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，直接在應(yīng)用程序里實(shí)現(xiàn)輸入輸出就可以了。編程的方法是先找到板卡，再找到卡中與我們用到的局部空間相對(duì)應(yīng)的pci基地址，然后就可以根據(jù)要求對(duì)這個(gè)基地址進(jìn)行操作了。如果在windows98以上版本的操作系統(tǒng)下，就要編寫(xiě)wdm設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序了。

5　結(jié)束語(yǔ)

由于pci總線(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量大，傳輸速率高，在微機(jī)接口設(shè)計(jì)中，基于pci總線(xiàn)的設(shè)計(jì)成為主流。pci9052是一款優(yōu)秀的pci接口芯片，設(shè)計(jì)者用它可避免直接面對(duì)復(fù)雜的pci總線(xiàn)協(xié)議，降低了設(shè)計(jì)難度，從而使用戶(hù)可以集中精力解決具體的應(yīng)用問(wèn)題，縮短了開(kāi)發(fā)周期。實(shí)踐證明，pci9052為開(kāi)發(fā)作為總線(xiàn)接口目標(biāo)設(shè)備的產(chǎn)品，特別是對(duì)基于isa總線(xiàn)的接口板向pci的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。